PDF《射频辉光放电等离子体的电探针诊断及数据处理 ！》

射频辉光放电等离子体的电探针诊断及数据处理! 姚若河 池凌飞 林璇英 石旺舟 林揆训 (汕头大学物理学系, 汕头 ! ! # $ % ) ( &

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日收到修改稿) !国家自然科学基金 (批准号: &

( ) ! # % % ) 资助的课题* + , - .

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0 1 2探针是等离子体诊断的一个重要方法* 对探针! # 曲线进行求解二次微商是获得等离子体中的电子 能量分布函数的关键* 由3

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5 2变换导出一个求解微商的数值解方法* 克服了现有方法所存在的缺点* 实现了对 探针! # 曲线求解二次微商的精确、 自动运算* 测量了硅烷射频辉光放电等离子体的平均电子能量 (温度) 和浓度 随放电功率的变化* ! # # : ! '

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$ # 引言等离子体与材料的相互作用的研究已经发展成 为当前国际上重要而活跃的研究领域* 了解其相互 作用的基本物理和化学过程是发展微电子学、 表面 改性、 聚变、 空间及其他关键技术的核心* 等离子体 工艺是现代微电子学的关键技术* 如等离子体刻蚀 和等离子体化学气相淀积就是制造超大规模集成电 路的重要工艺* 要了解等离子体和暴露于等离子体 中的固体表面首先需要诊断和表征的技术* 因此, 测 定等离子体参量的等离子体诊断, 不仅对等离子体 的基础研究, 而且对于应用等离子体的工艺研究也 是十分重要的* 已经报道了多种诊断等离子体的方法 [

7 8 ] , 其 中对荷电粒子的测量的最基本、 最重要的方法是 + , - . /

0 1 2探针* 早在'

#年代, + , - . /

0 1 2探针就开始 应用于等离子体的诊断* 由于探针能在大的条件范 围工作, 与等离子体直接接触, 而且能对等离子体的 各个部位进行测量, 所以探针诊断得到了广泛的应 用* 随着等离子体放电技术的不断改进, 从最初的直 流辉光放电到射频辉光放电, 从无害气体到会使探 针中毒的有害气体, 探针的诊断技术在不断地改进* 实验中在应用+ , - . /

0 1 2探针进行诊断时, 得到 的是探针的! # 曲线, 电子能量分布函数$ ( !) 与探 针! # 曲线的关系是 [ '

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: 为暴露在等离子体中的探针表面积, #: 和!分别为探针的偏置电压和探针所收集的电流, *5 为电子的质量, !为电子能量* 从( )式可以看到, 电子能量分布函数与! # 曲线的二次微商成正比* 在实验中由于射频辉光放 电等离子体是由射频电源激发的, 因此等离子体是 处在一个变化十分强烈的电磁环境中* 采用 + , - . <

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0 1 2探针测量等离子体的实验数据尽管经过滤波 电路的滤波, 抑制了射频干扰, 但由于仪器和实验系 统内部所固有的统计涨落所引起的噪声, 使得实验 得出的! # 曲线的二次微商不能给出客观固有的 规律性 (见图 ( = ) ) , 以至于根本无法定出电子能量 分布函数的峰位* 为了求出电子能量分布函数, 如何 求解! # 曲线的二次微商, 就成了探针诊断的关键 问题* 已经报道了很多数值滤波或电路处理测量数据 中的噪声的方法* 主要有对数据进行拟合处理的 多 项式拟合 法[(],即用一个多项式解析的函数来描 述实验曲线* 但是这种方法有一个致命的弱点, 就是 当拟合的项数不一样时, 尽管拟合后得到的! # 曲 线和实验结果很相近, 但在求解二次微商时, 所得到 的二次微商结果差别非常大, 造成结果的不确定性 和随意性* 近来又报道了一种新的拟合方法, 称为